4.3牛顿第二定律 课件-2026-2027学年高一上学期物理人教版必修第一册

该高中物理课件聚焦牛顿第二定律，系统呈现其内容、数学表达式、力的单位“牛顿”定义及同体性等四大核心内涵，通过汽车牵引力与质量对速度变化影响的问题导入，承接上节实验结论，构建从实验到定律的学习支架。 其亮点在于以问题驱动结合实验结论升华培养科学思维，通过同体性、矢量性等内涵解析深化物理观念，借助汽车阻力计算、悬挂小球测加速度等例题落实科学探究，课堂小结明确审题、分析等四步解题法。助力学生掌握动力学问题解决，为教师提供结构化教学资源。

4.3牛顿第二定律 人教版（2019）高中物理 必修第一册 第四章 运动和力的关系 1.理解牛顿第二定律的内容与数学表达式，知道力的单位“牛顿”的物理定义。 2.深入理解牛顿第二定律的同体性、矢量性、瞬时性、因果性四大核心内涵。 3.掌握应用牛顿第二定律解决简单动力学问题的规范步骤，能正确分析并计算加速度。 同一辆汽车，深踩油门牵引力大，速度提升快；轻踩油门牵引力小，速度提升慢。 相同油门下，空载汽车速度提升快；满载货物时，速度提升明显变慢。 思考：物体速度变化的快慢，与受力大小、物体质量有怎样的定量关系？ 上节实验已得出：质量一定时，加速度与力成正比；力一定时，加速度与质量成反比。 本节课我们将实验结论上升为物理定律 ——牛顿第二定律，共同学习它的表达式、核心内涵与应用方法。 一、牛顿第二定律及力的单位 一、牛顿第二定律及力的单位 （一）牛顿第二定律 1.内容：物体加速度的大小跟它受到的作用力成正比，跟它的质量成反比，加速度的方向跟作用力的方向相同。 2.表达式 （1）比例式： （2）等式： a∝或F ∝ ma F=kma （各量单位未知时） k为比例系数 F指物体所受的合力 3.物理意义：牛顿第二定律是联系“力”和“运动”的桥梁。 一、牛顿第二定律及力的单位 ①物体不受力或所受合外力为零时，物体将保持原来的运动状态。 ②力是改变物体运动状态的原因。 牛顿第一定律 ①物体加速度和力的关系。 ②物体加速度和质量的关系。 牛顿第二定律 ①物体间力的作用是相互的。 ②作用力与反作用力等大、反向、共线。 牛顿第三定律 4.牛顿第一、第二、第三定律的比较与联系 一、牛顿第二定律及力的单位 （1）联系 牛顿第二定律是对牛顿第一定律第二个要点的量化和补充。 牛顿第一定律 指出了力是改变物体运动状态的原因 指出了物体不受力或所受合力为零时遵循的运动规律 牛顿第二定律 一是二的基础 力怎样改变物体的运动状态：F=ma 一、牛顿第二定律及力的单位 （2）区别 一、牛顿第二定律及力的单位 ①第一定律定性地说明了物体本身具有的属性，第二定律则说明了三个物理量（F、m、a）之间的定量关系，第三定律说明了相互作用力关系，应用第二定律解题时，常借助第三定律将物体的受力进行转换。 ②牛顿第一定律和牛顿第二定律的适用边界一致，都只适用于宏观、低速、惯性参考系。 ③牛顿第一、第二定律是对单个物体（或研究对象）而言的，牛顿第三定律是对物体间的相互作用而言的。 （二）力的单位——牛顿的含义 1.在国际单位制中，力的单位是牛顿，符号为N，它是根据牛顿第二定律定义的：使质量为1kg的物体产生1m/加速度的力，叫作1 N。即1N=1kg·m/ 2.比例系数k的含义 k在数值上等于使单位质量的物体产生单位加速度的力的大小，k由F、m、a三者共同决定，三者取不同的单位，k的数值不一样，在国际单位制中，k=1。 F =kma ⇒ k= 一、牛顿第二定律及力的单位 a、F和m是对应于同一个物体 力是产生加速度的原因 公式F=ma是矢量式，a在任一瞬间的方向均与F方向相同 牛顿第二定律表明了物体的加速度与物体所受合外力的瞬时对应关系 为使k=1，力、质量、加速度的单位通常使用国际单位制中相应的单位 作用于物体上的每一个力各自产生的加速度都遵从牛顿第二定律，而物体的实际加速度则是每个力产生的加速度的矢量和 物体的加速度一般是对相对于地球静止或匀速直线运动的参考系而言的 牛顿第二定律只能解决物体的低速运动问题，不能解决物体的高速运动问题，只适用于宏观物体，不适用于微观粒子 一、牛顿第二定律及力的单位 （三）理解 同体性 因果性 矢量性 瞬时性 统一性 独立性 相对性 局限性 （四）合外力、加速度、速度的关系 1.合外力与加速度的关系： 一、牛顿第二定律及力的单位 合外力与加速度 合外力的大小 加速度大小 决定 合外力的方向 加速度方向 决定 a与F同向 2.力与运动的关系： 一、牛顿第二定律及力的单位 物体受力作用 运动状态变化 物体速度变化 力与速度同向 速度增加 力与速度反向 速度减小 1.关于力与运动，下列说法错误的是（　　） A．物体所受合外力越大，其速度的变化量就一定越大 B．在直线运动中，物体所受合外力的方向，始终与速度变化量的方向相同 C．只要物体所受合外力不为零，就一定存在加速度 D．只要物体加速度为零，物体所受合外力一定为零 A （五）区分加速度的定义式与决定式 一、牛顿第二定律及力的单位 【课本例题1】在平直路面上，质量为1100 kg 的汽车在进行研发的测试，当速度达到100km/h时取消动力，经过70s停了下来。汽车受到的阻力是多少？重新起步加速时牵引力为2000 N，产生的加速度是多少？假定试车过程中汽车受到的阻力不变。 分析 如图4.3-2，取消动力后，汽车在平直路面上只受阻力的作用。由于阻力不变，根据牛顿第二定律，汽车在平直路面上运动的加速度将保持不变。由加速度可以求出汽车受到的阻力。 如图4.3-3，重新起步后，汽车在平直路面上受到牵引力和阻力。由于二者大小都不变，所以汽车的加速度恒定不变。根据牛顿第二定律可以求出汽车运动的加速度。 解 以汽车为研究对象。设汽车运动方向为x 轴正方向，建立一维坐标系。取消动力后，汽车做匀减速直线运动。初速度＝100km/h ＝27.8m/s，末速度为0， 滑行时间t＝ 70 s。 根据匀变速直线运动速度与时间的关系式，加速度为 == － 汽车受到的阻力为 ＝m ＝－ ＝－ ＝－ 437 N 汽车受到的阻力是437 N，方向与运动方向相反。 重新起步后，汽车所受的合力为 ＝2000N－437N＝1563N 由牛顿第二定律可以得到汽车的加速度 ＝ ＝＝1.42 m/ 重新起步产生的加速度是1.42 m/ ，方向与运动方向相同。 【课本例题2】某同学在列车车厢的顶部用细线悬挂一个小球，在列车以某一加速度渐渐启动的过程中，细线就会偏过一定角度并相对车厢保持静止，通过测定偏角的大小就能确定列车的加速度（图4.3-4）。在某次测定中，悬线与竖直方向的夹角为θ，求列车的加速度。 分析 列车在加速行驶的过程中，小球始终与列车保持相对静止状态，所以，小球的加速度与列车的加速度相同。 对小球进行受力分析，根据力的合成法则求解合力。再根据牛顿第二定律，求出小球的加速度，从而获得列车的加速度。 解 方法1 选择小球为研究对象。设小球的质量为m， 小球在竖直平面内受到重力mg、绳的拉力。在这两个力的作用下，小球产生水平方向的加速度a。这表明， 与mg的合力方向水平向右，且 F ＝ mg tan θ 根据牛顿第二定律，小球具有的加速度为 a ＝＝ g tan θ 方法2 小球在水平方向上做匀加速直线运动，在竖直方向上处于平衡状态。建立图4.3-6所示的直角坐标系。将小球所受的拉力分解为水平方向的和竖直方向的。 在竖直方向有 －mg ＝0， ＝ cos θ cos θ ＝ mg （ 1） 在水平方向有 ＝sinθ sinθ＝ma（ 2） （1）（2）式联立，可以求得小球的加速度为 a ＝ g tan θ 列车的加速度与小球相同，大小为g tan θ，方向水 平向右。 2.如图所示，两个质量分别是m、2m小球A和B之间用轻弹簧连接，然后用细线悬挂起来，剪断细线的瞬间，A、B两球的加速度大小分别是（　　） A．g、g B．g、0 C．3g、0 D．4g、g C 课堂小结 4.3牛顿第二定律 一、内容 物体加速度的大小跟合外力成正比，跟质量成反比；加速度方向与合外力方向相同。 二、表达式 比例式：a∝𝐹𝑚 国际单位制下：𝐹合=ma 力的单位：1N=1kg·m/𝑠2 三、核心特性 1.同体性：F、m、a对应同一研究对象 2.矢量性：a与𝐹合方向始终相同 3.瞬时性：a与𝐹合同时产生、变化、消失 4.因果性：力是产生加速度的原因 四、解题步骤 定对象→析受力→求合力→列方程 本节内容结束！ $